Приложение Г (обязательное). Измерение добротности резонатора

Приложение Г
(обязательное)

Измерение добротности резонатора

Г.1 Принцип измерения

При измерениях тангенса угла диэлектрических потерь резонансными методами необходимы значения собственной добротности измерительного резонатора проходного типа. Процедура измерения собственной добротности резонатора без образца и с образцом одинакова. Она сведена к измерению нагруженной добротности , и измерению ослабления , (дБ), вносимого резонатором без образца и с образцом в измерительный СВЧ-тракт на резонансной частоте , . В методе металлодиэлектрического резонатора измеряют только собственную добротность резонатора с образцом и необходимые для этого величины , .

Для выполнения требований по неопределенности результатов измерений необходима слабая связь резонатора с СВЧ-трактом, соответствующая вносимому ослаблению резонатора , дБ.

Г.2 Измерение вносимого ослабления резонатора

Г.2.1 При использовании цифровых анализаторов цепей измерение вносимого резонатором ослабления проводят по общим правилам измерения ослабления четырехполюсников в соответствии с документацией на прибор. Вносимое резонатором ослабление , , дБ, измеряют как , где - модуль коэффициента передачи резонатора ("по напряжению", в "разах") на резонансной частоте.

При калибровке анализатора цепей резонатор заменяют опорным отрезком волновода или полужесткого коаксиального кабеля того же типа, что и входная и выходная линии резонатора [рисунок Г.1 а), б)]. Длина опорного отрезка l равна сумме длин входной линии резонатора и выходной . Опорный отрезок линии необходим для учета и исключения ослабления в подводящих линиях резонатора.

Рисунок Г.1 - Пояснение к измерению вносимого резонатором ослабления

Г.2.2 При измерениях на установке без использования анализатора цепей (рисунок А.1) необходимо исключить влияние характеристики детектора СВЧ, не являющейся в общем случае ни квадратичной, ни линейной. Это достигается использованием измерительного аттенюатора и работой в одной точке характеристики детектора СВЧ (при одной и той же падающей на детектор мощности СВЧ).

Измерения , выполняют на измерительной установке (рисунок А.1) методом замещения резонатора опорным отрезком волновода или полужесткого коаксиального кабеля того же типа, что и входная и выходная линии резонатора [рисунок Г.1 а), б). Фиксируют показания , вольтметра 9 при включенном в тракт резонаторе без образца и с образцом на частотах , соответственно. Исключают резонатор из тракта и замещают его опорным отрезком линии. На измерительном аттенюаторе 4 вводят ослабление , такое, чтобы на частотах , восстановились показания , вольтметра 9. Полученные значения используют при расчете собственной добротности в Г.3.

Г.3 Измерение добротности резонатора

Г.3.1 Нагруженную добротность резонатора определяют по резонансной частоте и крайним частотам и полосы пропускания резонатора на уровне минус 3,01 дБ от . Здесь . Нагруженную добротность резонатора определяют по формулам:

.

(Г.1)

Собственную добротность резонатора , рассчитывают по формулам

.

(Г.2)

Г.3.2 При работе с анализатором цепей измерения по Г.3.1 выполняют в соответствии с руководством по эксплуатации анализатора.

Г.3.3 При работе на установке без анализатора цепей (см. рисунок А.1) измерение нагруженной добротности резонатора проводят следующим образом.

На измерительном аттенюаторе устанавливают ослабление дБ, настраивают резонатор (генератор СВЧ) в резонанс по максимуму показаний вольтметра и фиксируют показания частотомера с неопределенностью не более 10 кГц и показания вольтметра (не менее трех значащих цифр) (см. рисунок Г.2, резонансная кривая 1).

Уменьшают ослабление измерительного аттенюатора до 0,0 дБ, напряжение детектора СВЧ на резонансной частоте возрастает при этом до значения (см. рисунок Г.2, резонансная кривая 2).

Изменяют частоту генератора СВЧ последовательно в меньшую и большую стороны от частоты до восстановления показаний вольтметра (рисунок Г.2, резонансная кривая 2).

Фиксируют с неопределенностью не более 1 кГц показания частотомера и , при которых восстанавливается выходное напряжение детектора СВЧ и рассчитывают нагруженную добротность по формуле (Г.1). Рассчитывают собственную добротность резонатора по формуле (Г.2).

Измерение собственной добротности резонатора с образцом проводят аналогично измерению .

Рисунок Г.2 - График к измерению нагруженной добротности резонатора